JPS6121982A - Ceramics bonding method - Google Patents

Ceramics bonding method

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JPS6121982A
JPS6121982A JP14236184A JP14236184A JPS6121982A JP S6121982 A JPS6121982 A JP S6121982A JP 14236184 A JP14236184 A JP 14236184A JP 14236184 A JP14236184 A JP 14236184A JP S6121982 A JPS6121982 A JP S6121982A
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JP
Japan
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ceramics
bonding
ceramic
heating
bonded
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JP14236184A
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Japanese (ja)
Inventor
哲雄 小山
正則 吉川
哲夫 中澤
小杉 哲夫
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はセラミックスとセラミックスを強固に接着せし
めることに関し、その目的とする所は強固な接着強度と
大気中で1回の加熱処理によって、セラミックスとセラ
ミックスとを接着せしめることを特徴とする方法に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to strongly adhering ceramics to each other, and its purpose is to bond ceramics together by achieving strong adhesive strength and one heat treatment in the atmosphere. The present invention relates to a method characterized by bonding ceramics.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来よりセラミックスとセラミックスとを直接接着する
方法は、見あたらないが、ろう材とセラミックスとの接
合を改良するために予めセラミックス表面に金属を接着
した゛試料にろう材を介して接着する方法をとれば、セ
ラミックスとセラミックスとの接着は容易であり、目的
を達成することができる。
Conventionally, there is no method of directly bonding ceramics to ceramics, but in order to improve the bonding between the brazing material and ceramics, a method of adhering metal to the ceramic surface using a brazing material has been proposed. For example, it is easy to bond ceramics to ceramics, and the purpose can be achieved.

上述したようにセラミックスと金属とを接着する代表的
な方法として、(1)テンフンケン法、(2)活性金属
法、(8)酸化物ソルダー法などがある。
As mentioned above, typical methods for bonding ceramics and metals include (1) Tenfunken method, (2) active metal method, and (8) oxide solder method.

(1)  テレフンケン法 Mo、Mo−Mn、あるいはこれらにメタライジングに
有効な添加物を加えたものの微粉末と有機バインダーを
混合してペースト状にし、これをセラミックス表面に塗
布し、加湿水素または加湿フォーミングガス中において
、1300〜1700℃の温度でメタライジングし、こ
の上にNiメッキをしたのち、ろう材としてAg−C1
1合金及びAg−Pd合金などを用いて接着する方法で
おる(特開昭58−161978号公報参照)。
(1) Telefunken method Mix fine powder of Mo, Mo-Mn, or these with additives effective for metallization and an organic binder to form a paste, apply this to the ceramic surface, and apply humidifying hydrogen or humidifying. After metallizing at a temperature of 1,300 to 1,700°C in forming gas and plating Ni on top, Ag-C1 is used as a brazing material.
1 alloy, Ag--Pd alloy, etc. (see Japanese Patent Laid-Open No. 161978/1983).

(2)酸化物ソルダー法 Altos −MnO−8in、、 AttO,−Ca
O及びAl1011  Z rOtなどの酸化物をソル
ダーとして用い、このソルダーをセラミックスと金属と
の間に入れ、加熱処理して接着する方法である(特開昭
57−42580号公報参照)。
(2) Oxide solder method Altos -MnO-8in, AttO, -Ca
This is a method in which oxides such as O and Al1011ZrOt are used as a solder, and the solder is placed between the ceramic and the metal and bonded by heat treatment (see JP-A-57-42580).

(8)活性金属法 非常に活性な金属であるTiやZrなどと、比較的低融
点の合金を作るNi、Cu及びAgとを共晶組成となる
ようにセラミックスと金属との間に介し、真空中または
不活性ガス中で、1回の加熱操作によって接着する方法
である(特開昭56−96784号公報)。
(8) Active metal method Ti, Zr, etc., which are very active metals, and Ni, Cu, and Ag, which form alloys with relatively low melting points, are interposed between the ceramic and the metal so that they have a eutectic composition. This is a method of bonding by one heating operation in vacuum or inert gas (Japanese Patent Laid-Open No. 56-96784).

以上は従来のセラミックスと金属との接着法を述べたが
、前述したように、この方法をとればセラミックスとセ
ラミックスとの接着は可能と考える。
The conventional method for bonding ceramics and metals has been described above, but as mentioned above, it is believed that bonding ceramics to ceramics is possible by using this method.

しかしながら、次のような欠点がある。However, it has the following drawbacks.

従来例の欠点について述べる。The disadvantages of the conventional example will be described.

(1)テレフンケン法 強固な接合を得るためには、実際には適切な組成と適切
なメタライズ条件があシ、この処理はかな多温度を上げ
て行わないと、良い接合が得られない。またろう材につ
いては、最もよく使われるのはBAG−8(JIS Z
32&1)でAg−Cuの共晶組成(72%Ag残Cu
)をもっている。また目的によってはAUろう材(J工
5Z3266)が使われることがある。このような従来
の方法では貴金属を多量に使用する必要があること、さ
らには接着工程が複雑であり価格の点で非常に不利であ
る。
(1) Telefunken method In order to obtain a strong bond, an appropriate composition and appropriate metallization conditions are actually required, and a good bond cannot be obtained unless this process is carried out at a slightly elevated temperature. Regarding brazing filler metal, the most commonly used is BAG-8 (JIS Z
32 & 1) with Ag-Cu eutectic composition (72% Ag remaining Cu
). Depending on the purpose, AU brazing filler metal (J-K5Z3266) may be used. Such conventional methods require the use of a large amount of precious metal, and furthermore, the bonding process is complicated, which is very disadvantageous in terms of cost.

(2)  酸化物ソルダー法 酸化物ソルダーには、PbOを含む低融点ソルダーとA
t、O,、Caoを主成分とする高融点ソルダーとがあ
る。高融点ソルダーとして、被セラミックスの組成と共
晶を作る酸化物を用いることも試みられており、Klp
mp らはアルミナ同志の接着でht、08−Mn0−
8io!共晶粉末を用い、水素中で1100〜1400
℃に加熱する方法によって接着体を得ている。しかしな
がら酸化物ソルダー法による接着では共有結合の大きい
SiC。
(2) Oxide solder method Oxide solder contains a low melting point solder containing PbO and A
There are high melting point solders whose main components are t, O, and Cao. As a high melting point solder, attempts have been made to use an oxide that forms a eutectic with the composition of the ceramic to be treated.
mp et al. ht, 08-Mn0- by adhesion of alumina to each other
8io! 1100-1400 in hydrogen using eutectic powder
The bonded body is obtained by heating to ℃. However, SiC has a large covalent bond when bonded using the oxide solder method.

81JIN4などの接着は不可能でアシ、また接着層に
空孔が生じやすく、接着強度が低いと言う難点がある。
It is impossible to bond 81JIN4, etc., and there are disadvantages in that pores are easily formed in the adhesive layer and the adhesive strength is low.

また高融点ソルダー法による接着は水素ガスなどの還元
雰囲気で行われ大気中による加熱では接着できない難点
がある。
Furthermore, bonding using a high melting point solder method is carried out in a reducing atmosphere such as hydrogen gas, and has the disadvantage that it cannot be bonded by heating in the air.

(8)活性金属法 真空中または不活性ガス中で、1回の加熱操作による接
着方法であシ、この活性金属法は1回の加熱操作で接着
が完了する利点と、セラミックスに使用できる便利さが
あるが、Agろう材の使用と真空中または不活性ガスを
必要とする難点がある。またろう材と被接着材との熱膨
張係数がマツチした組合わせが必要であり、ろう材の選
択にまだかなりの問題がある。
(8) Activated metal method The bonding method requires one heating operation in vacuum or inert gas.This active metal method has the advantage of completing adhesion with one heating operation and is convenient for use with ceramics. However, it has the disadvantages of using Ag brazing material and requiring vacuum or inert gas. Furthermore, it is necessary to select a combination of the brazing material and the material to be bonded that have matching coefficients of thermal expansion, and there are still considerable problems in selecting the brazing material.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明はセラミックスとセラミックスとの接着面にNa
、COs  粉を水あるいは有機溶剤でペースト状にし
て塗布し、大気中で1回の加熱操作によって接着するこ
とを特徴とするセラミックスとセラミックスとの接着方
法を提供するものである。
In the present invention, Na is added to the bonding surface between ceramics.
, COs powder is applied in the form of a paste with water or an organic solvent, and the adhesive is bonded by one heating operation in the atmosphere.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は前記した従来法の難点に注目し、さらに強力な
接着力を有し、AgやAuなどのろう材、メタライズ及
び真空、不活性ガス等の雰囲気作シりを必要としない大
気中で1回の加熱操作による新規なセラミックスとセラ
ミックスとの接着法である。
The present invention has focused on the drawbacks of the conventional method described above, and has a stronger adhesive force, and can be used in the atmosphere without the need for brazing materials such as Ag or Au, metallization, and atmosphere creation such as vacuum or inert gas. This is a new method of bonding ceramics together using a single heating operation.

本発明はNa、Co3粉に水あるいは有機溶剤を加えペ
ースト状にしたものをセラミックス表面に塗布し、その
上部に接着するセラミックスを配し、大気中で900℃
〜1200℃の加熱操作によってNa、Co、は分解し
てガス相が形成され強固に接着される。さらにNa2C
O3は加熱接着中において結晶化が進行してガラス相が
形成されるため、接着温度よシ高い温度で使用できる利
点がある。
In the present invention, a paste made by adding water or an organic solvent to Na and Co3 powder is applied to the ceramic surface, and the adhesive ceramic is placed on top of the paste.
Na and Co are decomposed by the heating operation at ~1200°C to form a gas phase and are firmly bonded. Furthermore, Na2C
Since O3 undergoes crystallization during heat bonding to form a glass phase, it has the advantage that it can be used at a temperature higher than the bonding temperature.

さらに一般にガラス相は熱膨張係数がセラミックスとほ
ぼ等しいため、加熱接着後の冷却過程で割れが発生する
などの損傷がなく健全な接着層を持ったセラミックス材
料を得ることができる。
Furthermore, since the glass phase generally has a coefficient of thermal expansion almost equal to that of ceramics, it is possible to obtain a ceramic material with a sound adhesive layer without damage such as cracking during the cooling process after heat bonding.

本発明においては粘結性を持たせるために水あるいは有
機溶剤を加えてペースト状にしたNa2COs粉をセラ
ミックスの接合面に配する。次いで急速加熱することが
最大の特徴でおる。すなわち本発明の接着法はNa、c
o、の分解作用によって生ずるNa、0の媒介によシ、
これが本発明の加熱温度でセラミックスに含有するht
、o3. sto!、 B eQなどの成分の化合物と
なシ接着効果を発揮する。
In the present invention, Na2COs powder, which has been made into a paste by adding water or an organic solvent, is placed on the bonding surface of the ceramic in order to impart caking properties. Next, the most important feature is rapid heating. That is, the adhesion method of the present invention uses Na, c
Through the mediation of Na, 0, which is generated by the decomposition of o,
This is the ht contained in ceramics at the heating temperature of the present invention.
, o3. Sto! , BeQ, etc., exhibits an adhesion effect.

また本発明のセラミックスの接着は前述したようにセラ
ミックスの接合面にN a、 cos粉を配し、次いで
大気中で急速加熱する簡単な操作によって行われる。こ
の場合ゆつくシとした加熱による接着ではN a、CO
,の分解温度は851℃であるが、この温度領域ではナ
トリウム化反応は認められずセラミックスの接着は達成
されない。しかしセラミックスにN a、 co、を配
した試料を800℃の温度以上に加熱された炉内に直接
挿入するなど急速加熱することによってセラミックスに
緻密に付着し、健全な接着層を持ったセラミックスの接
合体カド得られる。これは加熱により N a t c
 03が分解して生成されるNaの一部はセラミックス
の組成内部にも浸透して特異な接着効果を発揮するもの
と思われる。またNa、CO3が分解してセラミックス
中の成分と反応してNalCo8− S to、 、 
Na2COs −A40m  及びNa、0−BeO成
分系の接着層を形成する際、強力にCO,が発生するが
、とのCOtはセラミックスに対して比較的活性なので
接着層がセラミックスに浸透する際に補助作用となるも
のと思われる。また本発明によれば接着のだめの加熱操
作は一度でよく、ろう付けなどの後処理を必要としない
ので、経済的にも非常に有利である。
Furthermore, as described above, the bonding of the ceramics of the present invention is carried out by a simple operation of disposing Na, Cos powder on the bonding surfaces of the ceramics and then rapidly heating them in the atmosphere. In this case, when adhering by gentle heating, Na, CO
The decomposition temperature of , is 851°C, but no sodification reaction is observed in this temperature range, and adhesion of ceramics is not achieved. However, by rapidly heating a sample of ceramics with Na, Co, etc. directly inserted into a furnace heated to a temperature of 800°C or higher, the ceramics adhere tightly to the ceramics and have a healthy adhesive layer. A zygote is obtained. This is caused by heating
It is thought that a part of the Na produced by the decomposition of 03 penetrates into the interior of the ceramic composition and exerts a unique adhesion effect. In addition, Na and CO3 decompose and react with the components in the ceramics to form NalCo8-S to, ,
When forming an adhesive layer based on Na2COs -A40m and Na, 0-BeO components, CO is strongly generated, but COt is relatively active against ceramics, so it helps when the adhesive layer penetrates into ceramics. This seems to be the effect. Further, according to the present invention, the heating operation of the adhesive pot only needs to be done once, and post-treatment such as brazing is not required, so it is very economically advantageous.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

実施例I Na、CO8粉にポリビニールアルコール水溶液を加え
てペースト状にしたものをAt、O,及びSiC板の接
合面に介在させた。次いで900℃に加熱した炉に挿入
し5分間の接着またA4 O3/A tt O3及びS
iC/8iCの接合体を得た。
Example I A paste made by adding a polyvinyl alcohol aqueous solution to Na and CO8 powders was interposed on the joint surfaces of At, O, and SiC plates. Then, it was inserted into a furnace heated to 900°C and bonded for 5 minutes.
An iC/8iC conjugate was obtained.

実施例2 実施例1によって得たAl t Os /A 40m及
びSiC/SiCの接合体の断面組織を観察した。
Example 2 The cross-sectional structure of the Al t Os /A 40m and SiC/SiC bonded body obtained in Example 1 was observed.

A l t Os /A l 20 g接合体の接着層
の厚さ:150Mm、SiC/SiC接合体の接着層の
厚さ:50Mmとht、o、/ kttos接合体に比
べてSiC/8iC接合体に形成された接着層の方が薄
い接着層であり、いずれも割れは認められず健全な接着
層を持った接合体であることが判かった。
Adhesive layer thickness of A l t Os / A l 20 g bonded body: 150 Mm, adhesive layer thickness of SiC/SiC bonded body: 50 Mm, compared to ht, o, /kttos bonded body, SiC/8iC bonded body. The adhesive layer formed in the above was a thinner adhesive layer, and no cracks were observed in either case, indicating that the bonded body had a sound adhesive layer.

実施例3 実施例1によって得られた試料を600℃。Example 3 The sample obtained in Example 1 was heated to 600°C.

10分間加熱し、これを水中に投入する試験5回線シ返
す方法で熱衝撃試験を行った。その結果いずれの試料に
も回れは認められず本発明は熱衝撃性にすぐれたセラミ
ックスとセラミックス接着法であることが判明した。
A thermal shock test was conducted by heating the sample for 10 minutes and then immersing it in water. As a result, no rotation was observed in any of the samples, indicating that the present invention is a ceramic-to-ceramic bonding method with excellent thermal shock resistance.

実施例4 実施例1によって得られた試料の接着強度を調べた結果
、A 40 s /A 40 !接合体は150kg/
Cm2.SiC/SiC複合体は250 kg/ cm
”の接着強度を示して本発明によれば接着強度の高いセ
ラミックスとセラミックスとの接合体を得ることができ
る。
Example 4 As a result of examining the adhesive strength of the sample obtained in Example 1, it was A 40 s /A 40 ! The zygote weighs 150kg/
Cm2. SiC/SiC composite is 250 kg/cm
According to the present invention, it is possible to obtain a bonded body of ceramics with high adhesive strength.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

1)本発明はろう材としてAg、Auなどの貴金属を°
必要としないので、非常に安価である。
1) The present invention uses noble metals such as Ag and Au as brazing filler metals.
Since it is not required, it is very cheap.

2)セラミックス表面に直接ろう材を塗布し、かつ真空
や不活性ガスなどを必要とせずに、しかも大気中の加熱
操作のみでセラミックスとセラミックスの接合体を得る
ことが可能である。
2) It is possible to apply a brazing filler metal directly to the ceramic surface and obtain a ceramic-ceramic bonded body without the need for vacuum or inert gas, and moreover, by simply heating in the atmosphere.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、セラミックス体同士の接合面に炭酸ナトリウム(N
a_2CO_3)粉末を配し、加熱反応させることを特
徴とするセラミックス接着方法。 2、上記加熱反応は大気中で1回の急速加熱操作による
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のセラミッ
クス接着方法。 3、上記接合すべき2つのセラミックス体が互いに同種
乃至同系統のものであることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載のセラミックス接着方法。
[Claims] 1. Sodium carbonate (N
a_2CO_3) A ceramic bonding method characterized by disposing powder and causing a heating reaction. 2. The ceramic bonding method according to claim 1, wherein the heating reaction is performed by one rapid heating operation in the atmosphere. 3. The method for bonding ceramics according to claim 1, wherein the two ceramic bodies to be bonded are of the same type or type.
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